Каковы области применения силиконового геля?

Рынок силиконовых гелей демонстрирует устойчивый рост в последние годы. Объём мирового рынка силиконовых эластомерных гелей в 2023 году оценивался в 2,88 миллиарда долларов США, а к 2032 году ожидается, что он достигнет 4,8 миллиарда долларов США при среднегодовом темпе роста около 5,82%. Каковы сценарии применения силиконовых гелей?

Силиконовый гель — это полутвердый полимерный материал, образованный сшиванием полисилоксанов, и его уникальная молекулярная структура придает ему динамические механические свойства между жидкостью и твердым телом. Чередующиеся связи кремний-кислород (Si-O-Si) в основной цепи обеспечивают превосходную гибкость, а органические группы в боковых цепях (например, метил, фенил) модулируют их поверхностную активность и совместимость посредством химической модификации. Такая гибкость молекулярного дизайна делает его одним из основных материалов в медицине, электронике, энергетике и других областях.

Существует четыре аспекта внедрения силиконового геля:

• Медицина и здравоохранение
• Электроника и энергетика
• Промышленное производство
• Развивающиеся области применения для расширения

1. Медицина и здравоохранение

(1) Уход за ранами и восстановление тканей

В области раневых повязок силиконовые гели обеспечивают влажную среду для заживления ран, регулируя скорость передачи кислорода и водяного пара (обычно 2000-5000 г/м²/24ч). Его низкое поверхностное натяжение (прибл. 21 мН/м) снижает адгезию к новообразованной грануляционной ткани, и клинические данные показывают, что у пациентов, использующих местные силиконовые гелевые повязки, наблюдается снижение болевого индекса при смене повязок на 40%. Медицинский силиконовый гель также нетоксичен для чувствительной кожи. Для диабетических язв стопы, гипертрофических и келоидных рубцов, ожоговых рубцов и других хронических ран, комбинированные антибактериальные ионы силиконовой гелевой пленки могут поддерживать непрерывный стерилизующий эффект в течение 72 часов.

(2) Медицинская эстетика и лечение рубцов

Основываясь на эффекте вязкоупругой памяти, силиконовая гелевая мембрана создает непрерывное микродавление около 15-25 мм рт.ст. на пролиферативные рубцы, что подавляет избыточную пролиферацию фибробластов. Силиконовый гель хорошо работает при образовании гипертрофических рубцов. Исследования с помощью трансмиссионной электронной микроскопии показали увеличение выравнивания коллагеновых волокон на 60% и снижение твердости и толщины рубца на 35% после 6 месяцев использования. Новый светоотверждаемый силиконовый гель также позволяет 3D-печать индивидуальных рубцовых пластырей с точностью толщины ±0,1 мм для гипертрофических рубцов. Силиконовая гелевая пленка и компрессионная терапия могут быть объединены для улучшения заживления рубцов.

XJY-9660 Триметилсиланэтоксисиликат представляет собой силоксановый полимер с основной цепью, состоящей из чередующихся атомов кремния и кислорода. Эти твердые силиконы обеспечивают пленкообразующий и смягчающий эффект, что может обеспечить отличную водостойкость и устойчивость к моющим средствам/воде для многих фармацевтических составов (например, для лечения рубцов и т.д.). Его можно добавлять в силиконовый гель для гипертрофических или келоидных рубцов.

(3) Малоинвазивные интервенционные устройства

При терапии сосудистой эмболизации термочувствительный силиконовый гель может быть отвержден in situ после инъекции через катетер, а его время отверждения (20-90 секунд) и степень набухания (150-300%) могут быть точно отрегулированы. Эксперименты на животных показали, что частицы геля диаметром 0,5 мм могут обеспечить точную эмболизацию на уровне капилляров, а скорость деградации контролируется на уровне 85%±5% через 3 месяца после операции. 

2. Электроника и энергетика

(1) Высоконадёжная электронная упаковка

При упаковке модулей IGBT коэффициент теплового расширения (КТР) силиконового геля может быть отрегулирован до 30-50 ppm/°°C для достижения механического соответствия с полупроводниковыми чипами. Его объемное удельное сопротивление составляет＞1×10¹⁵ ОмОм·см, а его устойчивость к индексу электрического трекинга составляет≥600 В, что гарантирует долгосрочную стабильность устройства при рабочих условиях от -55℃ к 200℃. °C. Тест электронного блока управления нового энергетического транспортного средства показывает, что срок службы силиконовой гелевой инкапсуляции при тепловых циклах увеличился до более чем 3000 раз.

(2) Защита безопасности литиевых батарей

Для защиты от теплового разгона силовой батареи огнестойкий силиконовый гель может образовывать карбонизированный слой с коэффициентом расширения 20-50 раз и кислородным индексом >32%. Экспериментальные данные показывают, что при покрытии модуля батареи слоем геля толщиной 2 мм в тесте с проколом иглой максимальное повышение температуры снижается на 65%, а выделение дыма уменьшается на 80%. В то же время его теплопроводность 1,5 Вт/м·К может улучшить равномерность температуры между элементами.

(3) Долговременная защита фотоэлектрических модулей

When the two-component additive molding silicone gel is used for potting of the PV junction box, the curing shrinkage rate is 90% (400-1100nm band). After 3000 hours of double 85 aging test, the yellowing index ΔYI＜2, что обеспечивает требование 25-летнего срока службы модуля. Его прочность сцепления >2 МПа, что позволяет выдерживать удар града диаметром 15 мм.

3. Промышленное производство

(1) Производство прецизионных форм

В области репликации микроструктур точность компаундирования силиконового геля может достигать субмикронного уровня (Ra＜0.1μм). Регулируя концентрацию платинового катализатора, можно добиться регулируемого окна времени отверждения от 10 до 120 минут, что подходит для серийной репликации прецизионных компонентов, таких как датчики MEMS.

(2) Контроль вибрации и шума

After a high-speed rail bogie adopts a damped silicone gel layer, the vibration transmission loss in the 200-5000Hz frequency band is improved by more than 12 dB. Its dynamic energy storage modulus (G’) is maintained in the range of 0.1-1MPa from -40℃ до 150℃, и коэффициент потерь tanδ＞0,5, эффективно подавляя широкополосные вибрации.

(3) Подложки для гибких датчиков

Растяжимый силиконовый гель (относительное удлинение при разрыве >800%) и углеродные нанотрубки из композитных пьезорезистивных датчиков, коэффициент чувствительности 5-10, в диапазоне деформации 100% линейность изменения сопротивления R²>0,98. Применяемый в гибкой электронной коже, он может определять динамические изменения давления от 0,1 до 10 Н.

4. Расширение новых областей применения

（1）Среда привода мягкого робота

Диэлектрический эластомерный силиконовый гель при напряженности поля 3 кВ/мм может обеспечить деформацию поверхности 80%, время отклика <50 мс. Благодаря многослойной конструкции бионического захвата можно поднимать объекты в 200 раз тяжелее, с ресурсом более 10⁶ раз.

（2）Специализированные аэрокосмические применения

Кислородостойкий силикагель используется в качестве изоляционного слоя для спутниковых кабелей со скоростью потери массы <0,1 мг/см²-h в условиях низкой околоземной орбиты (поток атомарного кислорода 10¹⁵ atoms/cm²-с). Скорость вакуумного газовыделения <1×10-⁷ Torr-L/s-cm², что соответствует стандарту ASTM E595.

（3） Защита культурного наследия

For the reinforcement of fragile cultural relics, Young’s modulus of nano-SiO₂-армированный силикагель можно регулировать до 0,5-5 МПа, что соответствует механическим свойствам древней бумаги и текстиля. Ускоренный эксперимент по старению подтвердил, что индекс пожелтения материала ΔE <3 (1000 часов УФ-облучения) и обладает обратимыми характеристиками удаления.

5. Как улучшить развитие силикона?

В ближайшие пять лет, благодаря интеграции технологий молекулярного моделирования и ИИ-дизайна материалов, группа силиконовых гелей совершит прорывы в направлении программируемого отклика (многопольное связывание, такое как температура/свет/магнетизм) и интеграции структуры и функции, а границы применения будут продолжать расширяться до передовых областей, таких как биоэлектроника и упаковка квантовых устройств, кожная и эстетическая хирургия. Как повысить конкурентоспособность продуктов?

XJY Силиконы является одним из ведущих силиконовая смола MQ и Силикон VMQ производителей в Китае, обладая более чем 30-летним опытом НИОКР и производства в силиконовой отрасли, а также более чем 15 связанными патентами и технической поддержкой. Наши продукты из силиконового сырья может удовлетворить потребности область силиконовых гелей и поддерживать предоставление разнообразных индивидуальных решений.